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基于桩—土相互作用的微型桩抗滑机制研究
Alternative TitleStduy On the Anti-sliding Mechanism of Micro Piles under Pile-soil Interacation
Language中文
蔡强
Thesis Advisor孔纪名
2013
Degree Grantor中国科学院研究生院
Place of Conferral北京
Degree Name博士
Degree Discipline岩土工程
Keyword微型桩 碎石土滑坡 受力变形特性 桩—土相互作用 本构方程
Abstract微型桩结构施工快捷,在抢险救灾应急处置滑坡灾害过程中发挥了重要的作用,被广泛使用在滑坡灾害防治工程中。但由于微型桩在组合类型和受力变形机理等问题上没有得到很好的解决,使其在抗滑设计上缺乏足够的理论依据,影响了微型桩的推广使用,因此,对微型桩抗滑机制的理论研究就显得尤为必要。本文通过野外调查,以云南高等级公路上的K127+100滑坡抗滑工程为研究对象,建立微型桩加固碎石土滑坡的地质力学模型,基于相似原理的前提下,开展微型桩加固碎石土滑坡的室内物理模型试验,再现微型桩抗滑的全过程,并结合数值模拟计算,研究微型桩受力变形特点,建立其最佳抗滑模型,并从半定量化的角度阐述桩土相互作用的机理揭示微型桩的抗滑机制。最后,通过工程实例验证微型桩抗滑模型的有效性及可行性。 论文的主要研究内容和成果如下: (1)通过剖析K127+100滑坡的地质特征、成因及防治措施,建立了微型桩加固碎石土滑坡的地质力学模型,并总结了微型桩抗滑工作原理,即一方面依靠自身抗剪和抗弯能力阻止滑体下滑,另一方面与桩间岩土体形成复合体来共同承担滑坡推力作用。在不考虑微型桩结构扭转的情况下,运用弹性地基梁法分别计算了独立布置的微型桩结构和空间桁架微型桩结构的内力和变位。 (2)利用室内物理模型试验,得到了模型桩的力学特性,研究了不同布置形式的单排、双排及三排微型桩加固碎石土滑坡时,各排微型桩的受力变形特性及桩距对微型桩结构抗滑效果的影响,并采用非线性数值分析方法对物理模型试验原型进行了模拟验证。通过分析发现,微型桩结构在抗滑过程中的受力变形可分为三个阶段:无变形阶段~弹性抗滑阶段~弹塑性破坏阶段。 (3)单排、双排、三排微型桩加固碎石土滑坡时,各排桩桩后土压力和桩身弯矩集中分布在滑面以上1/3桩长范围内,沿埋深方向自上而下逐渐增大,滑面处土压力和弯矩最大,微型桩最易在滑面处发生失效破坏。 (4)桩间距是影响微型桩结构抗滑性能的重要因素,对于单排微型桩来说,相同滑坡推力下,桩间距较小时,桩间土拱效应越显著,桩顶位移越小,微型桩结构的抗弯能力越好。而对于双排、三排桩,存在着一个临界桩间距,使得微型桩结构整体抗滑效果最好。微型桩结构在最佳抗滑间距下,独立布置的双排桩承担的推力比值在0.5~0.7之间,三排桩的ζ 、ξ分别在(0.54,0.71)和(0.27,0.49)之间取值,桩顶加连系梁的三排桩ζ 、ξ分别在(0.6,0.89)和(0.5,0.91)之间取值。 (5)当滑坡推力一定时,增加桩排数能有效地提高微型桩结构的抗滑能力,而加连系梁后,明显增强微型群桩的整体性,充分发挥微型桩群桩的抗滑作用,进一步提升了微型桩结构的抗滑能力。但是,通过改变桩排距来改善微型群桩结构的抗滑能力的效果不是很明显,反而可能降低其抗滑能力。 (6)单排微型桩抗滑的最佳桩间距为4D,双排和三排微型桩抗滑的最佳桩间距为5D,桩排距为8D。 (7)桩—土相互作用主要体现为微型桩的约束作用,使得桩间土体处于三向受压的状态,提高了桩间土体的粘聚力和强度,同时随着滑体的持续滑动,桩土复合体的整体弹性模量有一定的下降,整体强度提高,桩与土体不易出现脱空现象,微型桩能较好地将不稳定岩土体内的应力转移到稳定岩土体内。 (8)基于广义虎克定律,假定微型桩是各项同性材料,建立了单排、双排、三排微型桩考虑桩—土相互作用的抗滑本构方程。 (9)根据微型桩结构的抗滑受力特点,将独立布置微型桩结构和桩顶加连系梁的微型群桩结构简化为悬臂梁和平面刚架结构,分别建立基于桩—土相互作用的抗滑设计经验判别式。 (10)微型群桩结构加固碎石土滑坡是可行的,且能有效地提高滑坡的安全系数。
Other AbstractQuick construction of micro-pile structure, played an important role in emergency rescue and disaster relief emergency response landslide hazard process, is widely used in the landslide disaster prevention project. But as a result of micro piles on the combination of type and force deformation mechanism is not well resolved, the lack of adequate theoretical basis for it in the anti-slide design, impact to promote the use of micro-piles, micro-piles against slidingtheoretical study of the mechanism is particularly necessary.Based on High-grade highways in Yunnan K127 + 100 landslide anti-sliding project as the research object, establish micro-pile reinforcement debris landslide geomechanical model, based on the premise of similarity principle, to carry out micro-pile reinforcement debris landslide indoor physical model test,, reproduce the whole process of micro-pile slide fullprocess, and combined with numerical simulation, to study the micro-pile force deformation characteristics, set up the best against sliding model, and from a quantitative point of view in this paper, the interaction of piles and soil to reveal the mechanism of the micro piles against sliding mechanism. Finally, the engineering example to verify the effectiveness and feasibility of the micro pile anti-sliding model.
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.imde.ac.cn/handle/131551/7040
Collection山地灾害与地表过程重点实验室
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GB/T 7714
蔡强. 基于桩—土相互作用的微型桩抗滑机制研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院,2013.
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